植酸改性金属表面与高分子涂层结合机理研究

利用分形理论定量研究植酸改性金属表面微观结构的分形特征，探讨不同分形维数的微观结构对改性金属表面与高分子涂层界面结合的影响规律；分析改性金属表面基团的排布规律，表征不同基团的吸附活性，评价其与涂层高分子的成键能力；原位监测改性金属表面与高分子涂层界面形成过程中化学键种类数量的变化过程，分析影响界面化学键形成的关键因素，探讨化学键在改性金属表面与高分子涂层界面形成过程中的作用机制，进而阐明植酸改性金属表面与高分子涂层结合机理，构建界面结合模型。该研究对深入理解界面结合机理、开发先进的植酸改性技术具有理论和现实意义。

金属-高分子涂层界面结合力是高分子涂层发挥防护作用的关键因素，本项目以界面结合力为切入点，深入研究了植酸改性金属表面与高分子涂层的界面结合机理。此外，本项目还研究了含有多羟基的单宁酸改性带锈金属表面与高分子涂层的界面结合规律，探讨了磷酸对单宁酸改性效果的作用机制，为进一步拓宽多羟基有机酸在金属表面处理领域的应用奠定了基础。取得的研究结果如下：.(1) 植酸处理工艺研究结果表明，植酸浓度、成膜时间、成膜温度和PH值均会影响植酸转化膜的耐蚀性和微观形貌，正交试验结果进一步表明，在pH值为7~8，成膜时间为10min，成膜温度为40℃，植酸浓度为5g/L的处理条件下，植酸转化膜耐蚀性能最强，且表面形成网状的微观结构。此时，环氧清漆与植酸处理后镁合金的界面结合力提升至7.52Mpa。.(2) 采用IR和XPS表征了植酸转化膜的成分，结合理论计算研究了植酸转化膜的成膜过程及界面结合力机理，结果表明，植酸与金属离子的络合能力来自于植酸分子中磷酸基团的富电子性，镁离子与植酸形成的络合物主要是以镁的磷酸盐、焦磷酸盐和偏磷酸盐存在；转化膜还含有MgO、Mg(OH)2、Al2O3和Al(OH)3。拉拔试验表明，界面结合力提升的关键是由于形成了植酸的络合物及转化膜网状结构，通过化学和机械结合的方式改善了界面结合力。.(3) 通过正交试验得到了优化的单宁酸带锈处理液配方，经过处理后的带锈结构钢与环氧清漆的结合力提升了3倍。界面结合力提升的原因有两方面，一是形成了带有微裂纹的转化膜，通过机械钉扎效应促进了结合力的升高；另外一方面是锈层中形成了新相单宁酸铁，通过与环氧清漆形成化学键的方式实现了结合力的提升。.(4) 随着磷酸浓度升高，涂层体系的结合力呈现出先上升再下降的规律，其中在磷酸浓度为50g/L达到最大值11.63MPa，此后，随着磷酸浓度增加，界面结合力迅速丧失。处理液中的磷酸含量的变化并没有改变处理后锈层的成分，而是通过改变与锈层的反应速度，进而改变转化膜微观形貌的方式实现了对涂层体系界面结合力的影响。